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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein bidirektionales Multimedia-Kommunikationsendgerät.
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Die Übertragung von Multimediainformationen,
die gleichzeitig Klangoder Stimmeninformationen, digitale Daten
und Bilder umfassen, impliziert die Verwendung eines Frequenzbandes
mit großer Breite
und somit von Übertragungsmitteln,
die in der Lage sind, derartige Bandbreiten zu übertragen. Von diesen Übertragungsmitteln
werden heute im wesentlichen optische Fasern, Richtstrahlen und
Satelliten verwendet.
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Die Verwendung von optischen Fasern
ist durch den Nachteil der erforderlichen Erstellung einer Infrastruktur
in dichtem Boden erschwert. Die Verwendung von Richtstrahlen ist
durch den gleichen Nachteil erschwert, zu dem noch der Nachteil
bezüglich
der Empfindlichkeit dieses Übertragungsmodus für Störungen durch
radioelektrische und atmosphärische
Umgebungen kommt, welche die Qualität der Verbindungen beeinträchtigen
bzw. die Unterbrechung derselben bewirken können.
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Heute werden oftmals geostationäre Satelliten
für die Übertragung
von Multimediainformationen, im C- und im Ku-Band, in Kombination
mit Endgeräten
vom Typ VSAT verwendet, die mit Antennen mit großer radioelektrischer Öffnung und
somit geringem geometrischen Durchmesser ausgerüstet sind. Es ist selbstverständlich nicht
erforderlich, die Antenne mit einem geostationären Satellitenverfolgungssystem
zu versehen, jedoch wird dieser Vorteil erheblich durch die folgenden
Nachteile eingeschränkt:
1) die Notwendigkeit, die Satelliten mit Hochleistungssendern zu
versehen, um die Dämpfung
der Signale im Raum zu kompensieren (der Satellit ist vom Boden
ungefähr
36000 km entfernt), und 2) eine Reaktionszeit von mehr als 2 Sekunden
für eine
Information, die zwischen der Erde und dem Satelliten hin und zurück läuft.
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Die Verwendung von nicht-geostationären Satelliten
in einer niedrigen Umlaufbahn (beispielsweise zwischen 350 und 20000
km) ermöglicht
das Vermeiden oder Abmildern des letzteren Nachteils durch die Verringerung
der Reaktionszeit auf beispielsweise 100 ms. Dennoch müssen bei
einer Multimediaanwendung auf dem Boden Vorrichtungen zum Verfolgen
eines nicht-geostationären
Satelliten vorgesehen sein, um die Kommunikation aufrecht zu erhalten,
die unterbrochen wird, sobald der anvisierte Satellit den Raum verläßt, in dem
er vom Boden aus "sichtbar" ist.
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Eine Lösung für dieses Problem besteht darin,
nicht einen isolierten Satelliten, sondern eine Konstellation von
nicht-geostationären
Satelliten auf niedriger Umlaufbahn zu verwenden. Mit einer mehrere
hundert Satelliten umfassenden Konstellation (wie im Projekt TELEDESIC)
ist es somit möglich,
die durchgehende Abdeckung eines bestimmten Bereichs durch die individuellen
Abdeckungen der Satelliten der Konstellation zu erreichen, wodurch
sich jegliche Zuhilfenahme von Vorrichtungen zum Verfolgen nicht-geostationärer Satelliten
erübrigt.
Eine derartige Lösung
scheint jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht gangbar,
wenn man sich die Kosten der Herstellung, des Raumtransports und
der Wartung einer Konstellation mit mehreren hundert Satelliten
vor Augen führt.
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Das Dokument FR-A-2 762 935 sowie
das Dokument EP-A-O 720 308 beschreibt beispielsweise Einrichtungen
zum Steuern anhand von Informationen, die durch ein System zum Positionieren
eines Endgeräts
in einem auf die Erde bezogenen Bezugssystem geliefert werden.
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Es ist die genaue Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Multimedia-Kommunikationsendgerät zu schaffen,
das zur Bildung einer Kommunikationsschnittstelle zwischen einem
satellitengestützten Multimeudia-Kommunikationssystem
und Multimediainformationsempfangs- und/oder -sendegeräten geeignet
ist, das nicht die diesbezüglichen
Nachteile der bekannten Einrichtungen aufweist, und das insbesondere
eine derartige Kommunikation mit erhöhter Datenrate permanent und
bidirektional mit einer für
die Benutzer unmerklichen Reaktionszeit im Rahmen eines wirtschaftlich
möglichen
Kommunikationssystems ermöglicht.
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Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein derartiges Endgerät
zu schaffen, das autonom, mobil und kleinformatig ist, so daß es zu
jedem Verwendungsort leicht transportiert und dort verwendet werden
kann.
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Diese Aufgaben der Erfindung sowie
andere Aufgaben, die sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung
ergeben, werden mit einem bidirektionalen Multimedia-Kommunikationsendgerät gelöst, mit
a) mindestens zwei ausrichtbaren Antennen zum Senden/Empfangen von
radioelektrischen Signalen, die Multimedia-Informationen enthalten,
b) elektronischen Signalverarbeitungseinrichtungen zur Verarbeitung
von über
die Antennen empfangenen oder zu sendenden Signalen, c) Einrichtun-
gen, die mit jeder Antenne verbunden sind, um diese auf einen vorbestimmten
Satelliten aus einer Konstellation derartiger Umlauufsatelliten
zu richten, die Teil eines Multimedia-Telekommunikationssystems
sind, und d) Einrichtungen zum selektiven Umschalten der Multimedia-Informationsübertragung
zwischen dem Endgerät
und den Satelliten der vorgenannten Konstellation von dem Satelliten,
auf den die eine der Antennen gerichtet ist, zu dem Satelliten,
auf den die andere Antenne gerichtet ist, derart dass die Kontinuität des zwischen
dem. Endgerät
und der Konstellation übertragenen
Informationsflusses gewahrt bleibt.
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Wie im folgenden im Detail ersichtlich,
ermöglicht
das derart aufgebaute Endgerät
die Erstellung eines Systems zur Übertragung von Multimediainformationen über Satellit
mit den zuvor genannten vorteilhaften Merkmalen.
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Nach anderen Merkmalen des erfindungsgemäßen Endgeräts weisen
die Ausrichteinrichtungen auf: a) eine Antennenausrichteinheit,
die mit jeder der Antennen verbunden ist, b) Einrichtungen zum Steuern
dieser Einheiten ausgehend von Informationen, welche von b1) einem Positionierungssystem des Endgeräts in einem
auf die Erde bezogenen Bezugssystem geliefert werden und b2) von Ephemeriden der Sichtbarkeit der Satelliten
der Konstellation, welche von einem Missionszentrum dieser Konstellation geliefert
werden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Positionierungssystem
um die GPS-Konstellation, welche Daten über die Position des Endgeräts und die
Zeit an die Steuereinrichtungen liefert. Ebenso ist das auf die
Erde bezogene Bezugssystem vorteilhafterweise durch einen geostationären Satelliten definiert.
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Andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung
und aus der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Endgeräts und seiner Verbindungen
mit peripheren Vorrichtungen, und "
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2 ein
Blockschaltbild der elektronischen Signalverarbeitungseinrichtungen
im Endgerät
nach 1.
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Gemäß der 1 der beigefügten Zeichnungen weist das
erfindungsgemäße Endgerät zwei ausrichtbare
Antennen 1, 2 auf, um selektiv Signale zu empfangen
oder zu senden, welche mit (nicht dargestellten) Umlauf-Satelliten
ausgetauscht werden, einer Konstellation solcher Satelliten die
einen Bestandteil eines Telekommunikationssystems für Multimediainformationen
bildenden.
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Jede Antenne 1, 2 ist
auf einer jeweiligen Richteinheit 31 , 32 angebracht, die Teil von Einrichtungen
zum Ausrichten auf einen vorgewählten
Satelliten der Satellitenkonstellation ist, wobei die Satelliten der
Konstellation aus den zuvor genannten Gründen vorzugsweise auf einer
niedrigen Umlaufbahn ziehen und beabsichtigt ist, die Reaktionszeit,
welche die Kommunikation zwischen dem Endgerät und dem Satelliten beeinträchtigt,
unmerkbar zu machen.
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Jede Antenne 1, 2 ist
ferner mit elektronischen Einrichtungen (41 , 51 , 61 )
und (42 , 52 , 62 ) zum Verarbeiten der empfangenen oder
zu sendenden Signale verbunden. Diese Einrichtungen werden im folgenden
in Zusammenhang mit 2 näher beschrieben.
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Das Endgerät weist ferner Einrichtungen 7 zum
selektiven Umschalten der Übertragung
der über
die erste Antenne 1 oder die zweite Antenne 2 empfangenen
oder gesendeten Multimediainformationen über einen Kommunikationsbus
auf, an den periphere Vorrichtungen zum Auswerten oder zum Erzeugen
dieser Informationen angeschlossen sind. Ausschließlich als
illustratives und nicht einschränkendes
Beispiel sei erwähnt,
daß diese
Vorrichtungen einen PC oder einen Unternehmensrechner 9, eine
Kamera 10 für
Videokonferenzen, ein Modem 11, das beispielsweise mit
dem aufgeschalteten Telefonnetz, dem Missionszentrum 14 der
Konstellation, etc. verbunden ist, aufweisen können.
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Die Antennenausrichteinheiten 31 , 32 werden durch
Einrichtungen 12 gesteuert, die mit Informationen, welche
von einem System 131 , 132 , 133 zum
Positionieren des Endgeräts
in ein auf die Erde bezogenes Bezugssystem geliefert werden, und
mit Informationen gespeist werden, die über das Modem 11 vom Missionszentrum 14 der
Satellitenkonstellation geliefert werden, nämlich insbesondere den Ephemeriden,
die es ermöglichen,
jederzeit die orbitalen Parameter jedes der Satelliten der Konstellation
zu kennen.
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Das Positionierungssystem kann das
unter der Bezeichnung "GPS" bekannte System
sein. Das Endgerät
weist eine Antenne 131 zum Empfangen der
von den Satelliten der GPS-Konstellation gesendeten Signale auf,
nämlich
Signale, welche das Lokalisieren des Endgeräts ermöglichen, und Zeitsignale, wobei
das Lokalisieren des Endgeräts
beispielsweise in einem Bezugssystem erfolgt, das durch Signale definiert
ist, die von einem geostationären
Satelliten ausgegeben werden, und das somit auf die Erde bezogen
ist. Die Signale werden auf eine elektronische Karte 132 übertragen
und an ein Kommunikationsinterface 133 mit
den Steuereinrichtungen 12 übermittelt.
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Nach einem Merkmal der vorliegenden
Erfindung können
die Einrichtungen 12, welche gleichzeitig die Position
des Endgeräts
und die Positionen der Satelliten der GPS-Konstellation kennen,
die Ausrichtung der Antennen 1 und 2 berechnen
und derart steuern, daß diese
jeweils einem der Satelliten der Konstellation folgen, die in dem
von diesen Antennen abgedeckten Raum vorhanden sind, wobei diese
Satelliten so gewählt
sind, daß wenigstens
einer unter diesen zu jeder Zeit für eine der Antennen 1 oder 2 "sichtbar" ist. Wenn die Steuereinrichtungen 12 erkennen,
daß einer
der verfolgten Satelliten den "sichtbaren" Raum verläßt, während die
bidirektionelle Informationsübertragung
zwischen dem Bus 8 und der Konstellation bisher über diesen
Satelliten erfolgte, empfangen die Um schalteinrichtungen 7 von
den Einrichtungen 12 einen Befehl zum Umschalten der Informationsübertragung
auf die andere Antenne und somit auf einen anderen Satelliten, der
für diese
Antenne des Endgeräts
noch sichtbar ist. Auf diese Weise ist, gemäß einem wichtigen Merkmal der
vorliegenden Erfindung, die Kontinuität der Übertragung des Informationsflusses
zwischen dem Endgerät
und der Konstellation gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Endgerät kann praktischerweise als
modulare, autonome und mobile Einheit ausgebildet sein, die unter
einer Schutzkuppel 15 für
die Antennen 1 und 2 die Ausrichteinheiten 31 und 32 der
Antennen und einen Teil 41 , 42 der diesen Antennen zugeordneten elektronischen
Einrichtungen aufweist, welche im folgenden näher beschrieben werden.
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Eine elektronische Karte 91 , die im Mikrorechner 9 angebracht
ist, weist die wesentlichen Teile (51 , 61 ; 52 , 62 ) der elektronischen Einrichtungen
sowie die Umschalteinrichtungen 7, die Steuereinrichtungen 12 und
das Interface 133 mit der GPS-Karte 132 auf.
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Die Antennen sind vorteilhafterweise
vom Typ VSAT mit großer
radioelektrischer Öffnung
und somit geringer geometrischer Öffnung. Im Bereich der Hyperfrequenzbänder V,
Ka und Ku, kann der geometrische Durchmesser dieser Antennen somit
so gering sein, daß die
modulare Einheit, welche sie enthält, einen geringen Platzbedarf
in der Größenordnung
von 1,50 m an der größten Abmessung
und ein verringertes Gewicht von etwa zehn Kilo aufweist. Diese
Einheit kann somit leicht auf einer festen (immobilen) oder mobilen
Konstruktion (Fahrzeug) installiert werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 der zugehörigen Zeichnungen werden die
im erfindungsgemäßen Endgerät eingebauten
elektronischen Einrichtun gen näher
beschrieben, welche der geeigneten Bildung der Signale dienen, die
eine bidirektionale Übertragung
von Multimediainformationen zwischen der Satellitenkonstellation
und den mit diesem Endgerät verbindbaren
peripheren Vorrichtungen zu gewährleisten.
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In 2 ist
lediglich die Verkettung der elektronischen Einrichtungen dargestellt,
welche der Antenne 1 zugeordnet sind, wobei die der Antenne 2 zugeordnete
Verkettung damit identisch sind.
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Wie dargestellt weisen diese Einrichtungen zwei
Verkettungen auf, von denen eine die Übertragung der Multimediainformationen
von der Konstellation an das Endgerät und die andere eine umgekehrte Übertragung
dieser Informationen gewährleistet.
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Ein Duplexer D isoliert die Sendekette
von der Empfangskette oder umgekehrt. Für eine Übertragung von Informationen,
die von der Konstellation in Form einer HF-Frequenzmodulation, die
im Band Ka (20–30
GHz) oder V (35–40
GHz) gewählt
ist, das mit der für
Multimediainformationen erforderlichen hohen Übertragungsrate kompatibel
ist, gelangt das von der Antenne empfangene Signal zunächst in
einen Ultrahochfrequenzverstärker 16,
dessen Ausgang an einen Frequenzabsenker angelegt wird, der durch
einen Empfangsoszillator 17 und einen Mischer 18 gebildet
ist, um die zu empfangenden Informationen in eine niedrigere Zwischenfrequenz
FI, beispielsweise im Ku-Band (12–14 GHz), umzusetzen. Dieser
Empfangsoszillator 17 kann nötigenfalls selbst mit Einrichtungen 19 zum
Kompensieren des Doppler-Effekts verbunden sein, der auf das Umlaufen
der anvisierten Satelliten zurückzuführen ist.
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Um Informationen von der Konstellation
direkt im Ku-Band zu empfangen, muß offensichtlich die erste
Frequenzverstärker-
und -veränderungsstufe
entfallen.
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Der Ausgang des Mischers 18 speist
einen Ku-Band-Verstärker 20,
dessen Ausgang durch einen anderen Mischer 21, der mit
einem zweiten Empfangsoszillator 22 verbunden ist, in das
Band L frequenzverschoben wird. Nach einem der möglichen Anwendungsgebiete des
erfindungsgemäßen Endgeräts speist
der Ausgang des Mischers 21 ein Interface 23,
das mit einem Decoder für
von Satelliten abgestrahlte Fernsehübertragungen verbunden ist.
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Um für den Rechner 9 verwertbare
Multimediainformationen zu empfangen, ist es angebracht, die Trägerfrequenz
weiter zu verringern. Zu diesem Zweck wird das in 24 verstärkte L-Bandsignal
mittels eines Mischers 26 und eines Empfangsoszillators 25 frequenzverschoben,
wobei das sich ergebende Signal in einen Empfänger/Demodulator 27 eingespeist wird,
um über
den Bus 8 mit einer "Video"-Frequenz an ein
Interface 28 zur Kommunikation mit dem Rechner 9,
zum Beispiel, ausgegeben zu werden, um mit dem Letztgenannten eine
Kommunikation nach einem vorbestimmten Protokoll, beispielsweise
dem Protokoll TCP/IP oder dem Protokoll FTP, herzustellen.
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Es ist somit ersichtlich, daß die elektronischen
Signalverarbeitungseinrichtungen des erfindungsgemäßen Endgeräts eine
Frequenzgeneratorkaskade (die Empfangsoszillatoren) und Einrichtungen
zum Mischen der von diesen Generatoren emittierten Frequenzen in
Abhängigkeit
von den empfangenen Signalen aufweisen, wobei es die Generatoren
und die Einrichtungen ermöglichen,
die Frequenz des Signals aus dem Band Ku, Ka oder V auf das Band
L (bei einem TV-Decoder) oder auf ein "Video"-Band,
beispielsweise zur Kommunikation mit dem Rechner 9, zu
verschieben.
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Um im umgekehrten Sinne Multimediainformationsträgersignale
an einen Satelliten der Konstellation über die Antennen 1 und 2 zu übertragen,
weist das endungsgemäße Endgerät eine elektronische Kette 16' bis 28' auf, die aus
Elementen besteht, welche jeweils den Elementen 16 bis 28 der
zuvor beschriebenen Kette entsprechen, jedoch in umgekehrter Richtung
arbeiten, um die an die Antenne angelegten Signale beispielsweise
auf einer Trägerwelle des
Bands Ku, Ka oder V vorzusehen, welche für deren Ausbreitung in der
Satellitenkonstellation geeignet ist.
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Daher weist die Kette 16' bis 28' ein Video-Interface 28', einen Modulator 27', der eine Trägerwelle
moduliert, deren Frequenz bis auf die auszusendende Frequenz des
Bands Ku, Ka oder V durch (jeweils aus einem mit einem lokalen Oszillator verbundenen
Mischer bestehenden) Frequenzerhöher,
wie (25', 26'), (22', 21') und (17', 18') erhöht ist, und
Verstärker 24', 20' und 16' auf. Der Ausgang
des Verstärkers 16' speist die
Antenne 1 über
den Duplexer D.
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Es ist nunmehr ersichtlich, daß die Erfindung das
Lösen der
gestellten Aufgaben ermöglicht,
nämlich
das Schaffen eines bidierektionalen Multimediakommunikationsendgeräts mit hoher
Informationsübertragungsrate,
das durch die Verwendung von auf tiefen Umlaufbahnen (beispielsweise
zwischen 300 und 20000 km) umlaufenden nicht-geostationären Satelliten
bidirektionalen Übertragungen
mit geringer Reaktionszeit (beispielsweise unter 100 ms) folgt und die
Verwendung einer Konstellation aus einer geringen Zahl von Satelliten
auf wirtschaftliche Weise durch die Verwendung von in dem Endgerät vorgesehenen
Ausrichteinrichtungen ermöglicht,
welche ein Verfolgen jedes Satelliten in jedem von dem Endgerät aus sichtbaren
Raum erlauben.
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Derartige, unmittelbar einer solchen
Satellitenkonstellation zugeordnete Endgeräte gewährleisten Informationsübertragungen
mit hoher Daten übertragungsrate,
welche nicht unter den Datenverlusten leiden, die gegenwärtig festzustellen
sind, wenn diese, Informationen zumindest zum Teil über terrestrische Übertragungsnetze übertragen
werden.
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Die von der Kuppel 15 geschützte modulare Einheit
kann in Formen und zu Preisen ausgebildet werden, die an die breite
Masse oder an professionelle Benutzer angepaßt sind. Für die letzteren kann die Einheit
mehr als zwei Antennen aufweisen, um die Übertragung von Multimediainformationsträgersignalen
zuverlässiger
zu machen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht
auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, das
lediglich exemplarischen Charakter hat. Die erfindungsgemäßen elektronischen Einrichtungen
können
mit Regeleinrichtungen versehen sein, die es ermöglichen, das selbe Basisendgerät an Funktionen
in verschiedenen spezifischen Frequenzbändern anzupassen. Daher ist
das erfindungsgemäße Endgerät nicht
auf eine Verwendung in Kombination mit einer Konstellation nichtgeostationärer Satelliten
beschränkt.
Das gleiche Endgerät kann
selbstverständlich
auch Informationen mit einem geostationären Satelliten austauschen,
wobei die verwendete Antenne auch feststehend sein kann.